微尺度射流、平板邊界層及葉柵流動實驗研究.pdf

1、本文以某型微型渦輪噴氣發(fā)動機研制為背景，以認識微尺度下粘性流體流動狀態(tài)及其機理和微渦輪葉柵通道內(nèi)部流動特性為目的，設計并搭建了除本實驗外還可供其他流體力學實驗使用的微型風洞，并在該微型風洞基礎(chǔ)上進行了微尺度射流實驗、微尺度壁面邊界層實驗和微尺度渦輪葉柵實驗。 微射流實驗在出口寬度固定為20mm情況下，選取了3種不同出口高度：2mm，3mm和5mm，并通過改變速度使出口高度雷諾數(shù)在約20000到約55000之間改變，實驗得到了流

2、動圖譜和微射流數(shù)學模型。實驗發(fā)現(xiàn)微射流中內(nèi)外層流體微團之間的動量交換較常規(guī)大尺度下減弱，摻混變得相對緩慢，射流特征半厚度相對減小，從而初始段擴張角和基本段極角都有所減小。該實驗還同時研究了下游較遠處射流流動情形，發(fā)現(xiàn)其摻混強度在微尺度二維平面射流和常規(guī)三維射流之間。 微尺度平板邊界層實驗選取從總長度為15mm的微平板前緣8mm到14mm之間的7個站位，4種馬赫數(shù)，13個不同雷諾數(shù)（從35000到150000）的實驗狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)了

3、該尺度下邊界層流動的一些新的特點，如形狀因子比常規(guī)大尺寸下充分發(fā)展湍流狀態(tài)的形狀因子更小等。 微尺度葉柵實驗使用弦長5.64mm的VKI-1葉型，選取了4種安裝角度，3種葉尖間隙，4種出口主流馬赫數(shù)狀態(tài)的實驗，得到了葉柵出口的總損失分布云圖，發(fā)現(xiàn)微尺度葉柵柵后高損失區(qū)域與柵距的比例較常規(guī)大尺度下明顯增大；同時對葉柵出口流動損失進行了分析，發(fā)現(xiàn)為了提高渦輪的效率，需要盡可能減小葉尖間隙并選擇合適的安裝角度（針對本實驗中葉柵，最佳